Сварные соединения

Сварка — это процесс неразъемного соединения деталей и конструкций сплавлением или совмест­ным сдавливанием соединяемых деталей.

При сварке давле­нием может применяться предварительный нагрев кромок соединения до пластичного состояния. Частицы материалов в процессе сварки сближаются настолько, что в действие всту­пают силы междуатомных и межмолекулярных связей. Эти силы обеспечивают высокую прочность сварных соединений.

В ремонтной практике наиболее широко распространена ручная и полуавтоматическая дуговая электрическая сварка. Сварные соединения могут быть нескольких типов: стыковые, нахлесточные, угловые и т.д. Стыковые соединения отличаются наибольшей прочностью и наименьшими внутренними напряжениями и деформация­ми, а также экономным расходом металла. Нахлесточные, угловые и тавровые соединения менее прочны, чем стыковые, но проще по исполнению.

При сварке необходимо соблюдать последовательность на­ложения швов, обеспечивающую минимум деформаций и внутренних напряжений. После сварки проводят зачистку шва и прилегающих к нему зон (шириной 15—20 мм) с каждой стороны с помощью стальных щеток, наждачных кругов и слесарных инструментов. Качество сварки проверяют с по­мощью 10-кратной лупы: сварные швы должны быть без на­плывов, непроваров, наружных трещин и пор. Для опреде­ления плотности (непроницаемости) шва можно воспользо­ваться керосином. Для этого с одной стороны шва наносят кистью меловую побелку. После ее высыхания с противо­положной стороны шов смазывают керосином. Не позднее, чем через 12 ч, в нормальных производственных условиях при неплотном шве на побелке появятся бурые пятна. При отрицательных температурах время испытания необходимо увеличить до суток.

Сварные контактные соединения шин повреждаются срав­нительно редко, в основном из-за динамических усилий, выз­ванных взаимодействием шин при прохождении токов корот­кого замыкания. Поврежденное сварное соединения ремонти­руют, удаляя старый сварочный шов и повторяя сварку или приваривая новый кусок шины, накладываемый на повреж­денный участок. Способ сварки шин зависит от их материа­ла и размера, наличия сварочного оборудования и других ус­ловий. Прямоугольные шины сваривают постоянным или переменным током. Перед сваркой постоянным током шины подогревают, торцы и свариваемые поверхности зачищают и покрывают слоем флюса, затем выполняют сварку уголь­ными или графитовыми электродами с помощью присадоч­ных прутков, в качестве которых используют узкие (6— 8 мм) полоски обрезков материалов свариваемых шин.

Присадочный пруток держат при сварке медных шин перед-, а при сварке алюминиевых — за электродом исходя из его направления движения. Отрицательный полюс источника пита­ния присоединяют к электроду, положительный — к сваривае­мой шине.

При сварке постоянным током шины толщиной до 7 мм сваривают встык с прямым срезом и зазором между ними 1—2 мм, а при толщине 8 мм и более — со срезом торца под углом 45° и с зазором 3—4 мм. Свариваемые шины подогре­вают: алюминиевые — до 300—350°С, медные - до 600— 700°С. При этом контролируют температуру подогрева ши­ны термометром или термопарой. При их отсутствии темпе­ратуру подогрева шин можно считать достаточной для свар­ки, если металл медной шины имеет цвет светло-красного каления, а на алюминиевой шине при прочерчивании ее сталь­ным прутком остается блестящий след. Сварку рекомендует­ся производить с помощью приспособления, фиксирующего на это время взаимное расположение свариваемых шин. Размеры сварочных швов должны быть следующие: ширина 15—25 мм, высота над шиной (усиление шва) — 3—5 мм. После сварки шов очищают стальной щеткой от флюса и шла­ка, промывают горячей водой и просушивают. Приливы, приставшие к поверхности шин капли металла и излишки усиления шва, снимают зубилом или опиловкой драчевым напильником.

Технология и режим сварки шин переменным током прак­тически мало, чем отличается от сварки постоянным током. Отличительная особенность сварки переменным током алю­миниевых шин состоит в том, что их сваривают встык без за­зора, а медные шины — с зазором 8—10 мм или со срезом тор­ца шины под углом 45°. Сварку выполняют угольно-графи­товыми электродами диаметром 16—20 мм.

Для соединения алюминия и его сплавов применяют также аргонодуговую сварку неплавящимся вольфрамовым электро­дом. Ручную аргонодуговую сварку без применения флю­сов выполняют на установках, например, "Удар-300" или "Удар-500", а также УДГ-301 или УДК-501, а полуавтоматическую — на полуавтоматах, из которых наиболее удобным в монтаже является ПРМ (полуавтомат ранцевый монтажный). Ручной аргонодуговой сваркой соединяют шины из алюминия и его сплавов толщиной до 6 мм², а также алюминиевого сплава АД31 в среде защитных газов с введением в шов присадки. Для сварки применяют аргон марок А, Б и В, который разру­шает оксидную пленку.

Основным методом контроля сварных соединений являет­ся внешний осмотр, который проводят после удаления со шва шлака, брызг металла и остатков флюса. Поверхность сварочных швов должна быть равномерно чешуйчатой без наплы­вов и раковин с плавным переходом к основному металлу. Швы должны быть без трещин, прожогов, непроваров, неза-плавленных кратеров и подрезов. Допускаются непровары длиной не более 10% длины шва и подрезы глубиной до 10% толщины шины, но не более 3 мм. Сварные контактные сое­динения компенсаторов шин не должны иметь подрезов и непроваров на лентах основного пакета. Если к швам предъявляют повышенные требования в отношении механи­ческих свойств или их качество вызывает сомнения, допол­нительно сваривают образцы на тех же режимах и в тех же условиях, при которых проводилась сварка шин, и испытывают их.

Начальное сопротивление контактных соединений должно быть не больше сопротивления участка соединяемой шины, длина которого равна длине контактного соединения, т.е. ширина шва плюс по 5 мм с обеих сторон от него. Соединения шин во избежание коррозии должны иметь защиту.

 

8. Соединения, ответвления и оконцевания жил проводов и кабелей

 

Токопроводящие жилы проводов и кабелей во время монтажа соединяют следующими способами: сваркой, пайкой и опрессованием. Для резьбового и контактного соединения используют металлические (медные, алюминиевые) наконечники, которыми оконцовывают токоведущие жилы.

Электрическая сварка жил. Для сварки жил применяют:

бездуговую сварку способом контактного разогрева,

дуго­вую полуавтоматическую сварку в среде аргона плавящим­ся электродом,

ручную дуговую сварку в среде аргона неплавящимся электродом.

Дуговую сварку используют при большой теплоемкости жил - для многопроволочных жил крупных сечений (алюминиевых до 1500 мм² и медных до 300 мм²), а также для монолитных алюминиевых жил сече­нием до 240 мм². Для сварки соединений и ответвлений одно-проволочных жил сечением до 10 мм² применяют сварку электродами или аппаратом, например, ВКЗ-1. Сварку по торцам много­проволочных жил сечением до 240 мм² проводят в стальных или угольных формах, используя ранее выпускавшиеся комплектные установки серии УСАП или трансформаторы мощностью около 2 кВт, угольные электроды и охладители для предохранения изоляции от перегрева. Вторичное на­пряжение трансформаторов должно быть в пределах 8—12 В.

Для повышения качества сварки необходимо надежно уда­лить окислы с поверхности свариваемых металлов. Особен­но это относится к алюминиевым жилам. Окислы удаляют флюсами, например АФ-4а и ВАМИ (при сварке алюминиевых жил). Сварное соединение защищают водостойкими лаками. Сварные соединения считаются непригодными, если возни­кают: пережоги наружного повива, нарушения целости метал­ла шва при перегибах соединения или усадочные раковины глубиной более трети диаметра жилы.

Газовая сварка жил. Наибольшее применение в монтажной практике нашли пропан-воздушная и пропан-кислородная газовые сварки. Все способы газовой сварки имеют общие технологические особенности. Газовое сварочное пламя сильно рассеивает теплоту. В связи с этим возникает опасность повреждения изоляции. Поэтому при сварке широко применяют защитные экраны из листово­го асбеста. Воздействие концентрированного газового свароч­ного пламени на отдельные проволоки жилы часто приводит к их пережогу. Поэтому при сварке используют сварочные цепные или разборные стальные, а также угольные формы, надеваемые на жилы проводов и являющиеся косвенными нагревателями жил: факелы пламени направляют не на жилы, а на поверхность форм. Материал жил нагревается теплоизлу­чением внутренних поверхностей форм.

Сильный нагрев при сварке может служить причиной пере­грева изоляции. Поэтому применяют массивные стальные охладители, которые плотно устанавливают на оголенные жилы поблизости от зоны сварки. Применение флюсов яв­ляется нежелательным, так как остатки флюса после сварки удалить из многопроволочных жил трудно. Оставаясь на про­волоках, флюсы способствуют коррозии и разрушению сое­динения. Для получения хорошего качества наплавленного металла шлаки удаляют стальным стержнем - мешалкой.

 

а – ПА; б – ПАТ; в – ПАС; г – М;

1 –муфель, 2 – жила, 3 – втулка для монолитных секторных жил, 4 – кокиль, 5- присадок, 6 – колпачок, 7 – уплотнение, 8 – стальной кокиль, 9 – алюминиевый вкладыш, 10 – медный кокиль, 11 – вкладыш из медно-фосфористого припоя.

Рисунок 5. Термитные патроны

Термитная сварка жил. Термитная сварка основана на высокой теплотворной способности специального горючего состава - термита (по массе Fe2 О3 - 72,5%, А1 - 18%, Mg - 4,5% и 40%-ного ферромарганца - 5%). Из термита прессуют толстостенные полые цилиндры — муфели, составляющие основу термопатронов. Для поджигания муфеля термопатро­нов служат специальные термитные спички, создающие темпе­ратуру около 1000°С. Горит термитный патрон при темпера­туре около 2800°С. Термитная сварка обеспечивает высокую производительность работ и хорошее качество получаемых соединений. Для термитной сварки применяют термопатроны различных конструкций: ПА (рис.5, а)- для стыкового соединения алюминиевых жил сечением 16—800 мм² и при­варки наконечников к жилам сечением 300—800 мм²; ПАТ (см. рис.,5, б)- для торцовой сварки многопроволочных алюминиевых жил суммарным сечением до 240 мм² и для приварки наконечников к жилам сечением 70—240 мм²; АТО - для сварки по торцам многопроволочных жил сум­марным сечением 5—32 мм², скрученных между собой.

Для сварки неизолированных алюминиевых и сталеалюминиевых проводов воздушных линий при сечениях 16—240 мм² служат термопатроны ПАС (см. рис.5, в). Мед­ные провода ВЛ при сечениях 25—150 мм сваривают термо­патронами М (см. рис.5, г). Для секторных жил изго­товляют переходные втулки с цилиндрической наружной поверхностью и отверстием секторного сечения (см. рис.5, а, б). Термитную сварку производят с применением флюсов АФ-4а, ВАМИ.

 

 

Рисунок 6. Соединение жил непосредственным оплавлением припоя

Пайка жил. Пайку применяют при соединении медных жил сечением 16—185 мм². Она отличается простотой технологии, но большой трудоемкостью. Для пайки алюминиевых жил в стальных съемных формах широко используют припой А, ЦО-12, ЦА-15. В медных остающихся гильзах алюминиевые жилы, предварительно облуженные припоем А, соединяют припоями ПОС-30 и ПОС-61. Эти же припои используют при пайке медных жил. При пайке медных жил в качестве флю­сов применяют канифоль или ее спиртовой раствор КСп. Соединение и ответвление жил непосредственным оплавле­нием припоя (рис.6) проводят в съемных формах или в соединительных гильзах. Разъемные формы поставляются промышленностью и используются многократно. Неразъем­ные формы сгибают из кровельной стали для одноразового использования.

Алюминиевые многопроволочные жилы сечением 16 - 240 мм² разделывают, обезжиривают и зачищают. Концы жил 7 облуживают (рис. 6, а, б), периодически раз­рушая окислы торцом стальной кисточки 3. На стыке жил отмечают границу формы, от которой на длину 10—12 мм внутрь стыка подматывают асбестовую пряжу 4. Затем на жилы устанавливают форму 6 и закрепляют ее бандажами. Форму с обеих сторон ограждают тепловыми экранами 5 (см. рис.6, в), разогревают пламенем горелки 1 до температуры плавления припоя и заполняют припоем 2 до верха. Подогревая форму, тщательно промешивают жид­кий припой мешалкой, удаляя с поверхности шлаки. Затем соединение охлаждают. При застывании припоя предохра­няют его от ударов и сотрясений: все припои для алюминия особенно хрупки при температуре от 250°С до точки плавле­ния. Далее снимают форму, экраны и охладители, удаляют остатки асбестовой пряжи, зачищают и опиливают соединение. Готовое соединение изолируют.

Способ местного вдавливания характеризуется сравнитель­но небольшими усилиями опрессовки, однако контакты соединения получаются менее стабильными, и искажается геометрическая форма токопроводящих жил. При напряже­ниях 6-10 кВ искажение формы жил приводит к созданию неоднородности электрического поля, которое опасно для изоляции. С помощью местного вдавливания соединяют алю­миниевые жилы сечением 16-95 мм² при напряжении ка­бельных линий до 10 кВ включительно, сечением более 95 мм² при напряжении до 1 кВ. Способы сплошным и ком­бинированным обжатием связаны с применением более мощ­ных и дорогих прессов с приводами. Этими способами полу­чают контактные соединения более высокого качества, чем при местном вдавливании.

Инструменты для опрессования, которыми непосредствен­но воздействуют на металл соединения, представляют собой комплекты из пуансонов и матриц и являются сменными в механизмах (прессах). В последние годы инструменты для опрессовки модернизированы и выпускаются в виде набо­ров НИСО для опрессовки алюминиевых жил сечением 16-240 мм² и НИОМ для опрессовки медных жил тех же сече­ний.

 

а,б –пресс-клещи ПК-1 и ПК-2 для опрессовки наконечников на жилах сечением соответственно 16-25 мм² и 10 мм²; в – ножницы НУКС для разрезания проводов и кабелей жилами сечением до 300 мм²; г – универсальные клещи КУ-1 для перекусывания проводов сечением 1,5-4 мм², вырезания пленки, снятия с них изоляции, закручивания колец и зачистки жил.

Рисунок 7. Приспособления и инструменты для обработки проводов и кабелей

Для создания усилий, необходимых для опрессовки, применяют разнообразные механизмы. Наибо­лее удобными в практике ремонтных работ являются ме­ханизмы ПГР-20М1 и ПГЭ-20, в которых посадочные места для инструмента унифицированы.

В технологии опрессовки алюминиевых и медных жил имеются некоторые различия. На поверхности алюминиевых жил образуется оксидная пленка, которая имеет высокое электрическое сопротивление. Поэтому для избежания обра­зования этой пленки при подготовке алюминиевых жил к опрессовке применяют кварцевазелиновую пасту. Ее нано­сят на предварительно очищенную стальными щетками и ер­шами поверхность, затем удаляют грязную пасту ветошью и наносят новый слой пасты. Последовательность оконцевания и соединения опрессовкой алюминиевых жил сечением 16—240 мм² показана на рис.8.

 

 

а- концы жил после снятия изоляции; б – зачистка жил; в- зачистка внутренней поверхности гильзы; г – смазка внутренней поверхности гильзы кварцевазелиновой пастой; д – смазка жил кварцевазелиновой пастой; е – соединение, подготовленное к опрессовке; ж – опрессовка жил; з – опрессованное соединение.

Рисунок 8. Последовательность опрессовки алюминиевых жил сечением 16-240 мм².

 

Выбирают инструмент, механизм и наконечник или гильзу для данного типа и сече­ния жилы. С участка, равного длине втулки наконечника или половине длины гильзы, удаляют изоляцию (рис.8, а), зачищают жилу (рис.8, б), внутреннюю по­верхность гильзы (рис.8, в) или наконечника и сма­зывают кварцевазелиновой пастой (рис.8, г, д). Надевают наконечник до упора, жилы вводят в гильзу до стыка (рис.8, е). Стык должен всегда находиться в середине длины гильзы. Собранное соединение устанавли­вают в механизм для опрессовки. Предварительно пуансоны отводят от матрицы в крайнее положение (рис.8, ж). Опрессовывают жилы. Окончание процесса опрессовки опре­деляется по моменту упора шайбы пуансона в торец матрицы. Опрессовку наконечников осуществляют двумя вдавлива­ниями однозубым инструментом или вдавливанием двухзубым инструментом. На гильзе с каждой стороны выполняют по два вдавливания (рис.8, з). С опрессованного соединения или наконечника удаляют излишки пасты, притупляют острые грани на соединении и обезжиривают его. Накладывают один слой кабельной бума­ги на соединение жил кабелей напряжением 6—10 кВ с пере­крытием всех лунок, предварительно заполненных кабель­ной массой МП. Готовое соединение изолируют.

 

 

 

а- последовательность обжатия в двух соединителях с шунтом и с применением сварки; б,в – порядок обжатия (показан цифрами) монометаллических и сталеалюминиевых проводов; г,д – соединение скручиванием без и с применением сварки

Рисунок. 9. Соединение проводов неизолированных воздушных линий

 

Обжатие и опрессовку неизолированных проводов ВЛ проводят в том случае, когда к соединению (рис.9) как электрическо­му контакту не предъявляют высоких требований. Соедине­ния выполняют в соединителях, представляющих собой от­резки труб овального, круглого или фасонного сечений. Обжатие проводов с применением сварки проводят в двух соединителях с шунтом, в удлиненных соединителях с шун­том и в соединителях с петлей, где располагают сварное соединение. Первый и третий варианты позволяют пол­ностью разгрузить сварное соединение от механических на­грузок.

Соединения в двуховальных соединителях выполняют в следующем порядке: очищают, про­мывают в растворителе и вытирают насухо овальные соеди­нители 1 (рис.9, а), после чего надевают их на про­вода 3. Подготавливают концы проводов к сварке и прово­дят термитную сварку жил 2. Отрезают от провода шунт 4 длиной, равной трем длинам соединителя. Размечают, очи­щают от грязи, промывают в растворителе, вытирают насухо места установки соединителей на проводах и на шунте, покрывают их нейтральным техническим вазелином. Собран­ное соединение обжимают клещами, предназначенными для обжатия проводов. Качество обжатия контролируют осмот­ром и замерами глубины вдавливаний. При обнаружении де­фекта соединение вырезают и выполняют заново.

В соединениях с петлей (петлю выполняют как и при соединении скручиванием - рис.9, д) провода пропускают через соединитель так, чтобы их свобод­ные концы были длиной не менее трех четвертей длины соединителя. Проводят обжимку или опрессовку по общей схеме. Концы проводов изгибают петлей, стыкуют и свари­вают термитной сваркой. Обжатие алюминиевых проводов производят клещами, например МИ-19А, по рискам на соеди­нителе (рис.9, б, в). Сначала опрессовывают сердеч­ники жил, вводя их внутрь стального соединения (при этом основной соединитель должен быть надвинут на один из про­водов). После опрессовки стального сердечника основной соединитель располагают поверх него симметрично и опрес­совывают на алюминиевых повивах проводов.

Соединения скручиванием в овальных соединителях (рис.19, г, д) для проводов сечением 10—185 мм² выполняют в приспособлении с неподвижным зажимом и вращающейся планшайбой. Провода с соединителем жестко закрепляют в зажиме и планшайбе. Затем планшайбу поворачивают на 3—4,5 оборота (пропорционально сечению жил). При необходимости выполняют сварку в петле (см. рис. 10.19, д). При наличии на поверхности соедините­ля трещин, механических повреждений или следов значительной коррозии, при кривизне опрессованного соединителя более 3% его длины опрессованные контактные соединения бракуются. Луженые контактные поверхности зажимов при ремонте не зачищают, а промывают растворителем и покрывают тонким слоем вазелина. Качество болтовых контактных соединений контро­лируют внешним осмотром и выборочной проверкой затяж­ки болтов. В особых случаях разбирают 2—3 соединения для проверки качества подготовки поверхностей к сборке.

На контактных соединениях шин со штыревыми выводами аппаратов падение напряжения не должно превышать 7 мВ, а их начальное сопротивление зависит от диаметра выводов. Так, например, для вывода с резьбой М10 сопротивление должно быть 14 мкОм; М16 — 12 мкОм, М20 — 8 мкОм, МЗО — 6 мкОм. Для создания герметичности контактного соединения круглых шин рекомендуется покрыть зазоры и места выхода шин из зажима слоем густой пасты толщиной 2 мм, состоящей из свинцового сурика, разведенного на натуральной олифе.

Для присоединения алюминиевых шин к медным выво­дам (рис. 5.4) аппаратов применяют алюмомедные переход­ные пластины или пластины из алюминиевого сплава АД31Т1, приваренные к шине. Контактную часть плоских выводов аппаратов обрабатывают так же, как шины. У неко­торых типов высоковольтных аппаратов плоские контактные выводы выполнены из алюминиевого сплава и имеют анти­коррозионные покрытия. Такие выводы запрещается зачи­щать напильником или наждачной бумагой. Их достаточно промыть ацетоном.

В открытых распределительных устройствах применяют гибкие шины из многопроволочных проводов, которые сое­диняют обжатием, опрессованием и с помощью петлевых и ответвительных болтовых зажимов (рис. 5.5). Эти зажимы изготовляют из алюминиевых сплавов (для алюминиевых и сталеалюминиевых проводов), латуни (для медных) и стали (для стальных). Петлевые зажимы служат и для соединения алюминиевых проводов с медными (на заводе-изготовителе в них впаивают луженые медные желобки). Для ремонта зажима его сначала разбирают, очищают контактные поверх­ности от оксидной пленки и затем собирают. Внутренние по­верхности алюминиевых зажимов очищают непосредственно перед их установкой. Контактные поверхности дважды за­чищают стальной щеткой под слоем нейтрального вазелина. После второй зачистки вазелин с контактных поверхностей не удаляют. Если видны следы сильного нагрева или оплав­ления металла, контактное соединение разбирают, провод и зажимы промывают растворителем или ацетоном, напиль­ником снимают оплавления, после чего провод зачищают стальной щеткой. Затем собирают зажим и затягивают все болтовые соединения. Во избежание чрезмерного нагрева зажимы выбирают так, чтобы условная плотность тока для алюминиевых контактов не превышала 0,1—0,2 А/мм², а для медных — 0,25—0,3 А/мм².